CN1137340C - 粉煤燃烧器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉煤燃烧器，它含有一个二次空气喷嘴和一个三次空气喷嘴，这两个空气喷嘴同心装配在一个通过一次空气输送粉煤的燃料喷嘴的外周。并且这些喷嘴中至少有一个装配有两个平行于空气流动方向的旋流生成器。可以使这两个旋流生成器中的一个旋流较强。并且，在低空气流量时，可只从一个旋流生成器供给空气。由于能提高燃烧空气的旋流强度，因此可以减小粉煤燃烧所产生的NO_x的浓度。由于能提高低负荷时的旋流强度，因此可通过保持稳定的粉煤火焰减小NO_x的浓度。

Description

粉煤燃烧器及其使用方法

本发明涉及一种利用空气流运送煤粉末进行燃烧的燃烧器；更准确地说，是涉及一种适合用于粉煤燃烧锅炉的粉煤燃烧器，此粉煤燃烧锅炉燃烧粉煤来产生蒸汽。

粉煤燃烧器作为本发明应用目标，它含有一个空气喷嘴，该空气喷嘴同心装配在燃料喷嘴的外周，空气喷嘴提供燃烧空气，燃料喷嘴通过气流运送粉煤。更准确地说，一个燃烧器含有一个或二个同心空气喷嘴，在空气喷嘴内装有旋流生成器(Swirling flow generat-ing means)用来涡动燃烧空气。

在粉煤的燃烧中，需要控制氧化氮(NO_x)的生成量，在粉煤的燃烧过程中，所生成的大部分NO_x是由于煤中氮的氧化而形成的。为了降低NO_x的生成量，曾尝试了不同的燃烧器结构及各种燃烧方法。

作为一种减少NO_x生成量的方法，可提到一种所谓的焰内双级燃烧法，此方法中在燃烧器火焰内形成了一个氧化焰区和一个还原焰区。该焰内双级燃烧法利用了这样的事实，即在初期燃烧的热分解过程中，煤中的氮被氰化氢(HCN)或氨(NH₃)分解，进入到气相中；这些氮化合物被氧化成为NO_x。而这些氮化合物作为NO_x的先驱物，它在低氧浓度条件下能有效地降低NO_x的生成量。也就是说，燃烧器的结构应使空气喷嘴同心装配在燃料喷嘴的外周，空气喷嘴喷出具有旋流的燃烧空气，燃料喷嘴通过气流运送煤粉；这样才能使空气喷嘴喷出的空气在旋流的作用下与火焰尾部的火焰混合，还原焰区形成于火焰靠近燃烧器的部位，进行着空气不足的燃料富余燃烧，氧化焰区形成于火焰的尾部，进行着高氧浓度的燃烧。例如，日本未审专利公开号60-226609，61-22105和61-280302公开了这种类型的燃烧器。

另一方面，目前在哪些核动力发电作为电力供应的基础负荷的地方，需要对一直以恒定负荷运行的粉煤火力发电进行革新，以适合增大的负荷变化。根据粉煤在燃烧器的燃烧情况，当粉煤量减小时，火焰不稳定。因而，在粉煤燃烧锅炉内只燃烧粉煤时，对所有负荷来说都对应有一个极限。因此需在粉煤燃烧器内装一个主要组成为一油枪的辅助燃油喷嘴，在低负荷时通过油枪进行辅助燃烧。日本未审专利公开号61-252412公开了一个上述结构燃烧器的例子。

此外，在粉煤燃烧锅炉中，有一个燃烧器分割法，即在锅炉炉壁安装的许多燃烧器中，由于只用粉煤燃烧，需暂停使用其中一些燃烧器，以便与工作范围的负荷变化相一致。除此之外，也可考虑使用这种方法，即在低负荷时减少供给燃烧器的粉煤及空气的流量。

为了提高粉煤燃烧锅炉的运行能力，必须能在短时间内改变负荷。改变粉煤及空气两者的量，就可区分开粉煤燃烧器工作下限扩展法和燃烧器分割法，在粉煤燃烧器工作下限法扩展中，工作下限扩展为低负荷。粉煤燃烧器工作下限扩展法比燃烧器分割法能较快地进行负荷变化，燃烧器分割法需要时间启动和停止磨煤机。

然而，在粉煤燃烧器内，流动于粉煤输送器内的粉煤微粒的流速不能降得低于一定值。因此，对于供给粉煤输送器的空气，其流速减小有一极限。当粉煤微粒的速度太低时，粉煤微粒沉在输送管内，造成输送管堵塞以及炉火向粉煤输送管逆流。

因而，对于粉煤燃烧器工作下限扩展法，当降低空气及粉煤两者的流量时，需把输送粉煤的空气气流量稳定在负荷的某种程度上，同时降低供给空气喷嘴的空气流量。

当供给空气喷嘴的空气流量下降时，空气的旋流强度受到减弱，空气与火焰的混合处不是在火焰的尾部而是在接近燃烧器的部位。结果，难以在火焰中形成一个NO_x的还原区。

本发明的一个目的就是提供含有一个空气喷嘴和一个燃料喷嘴的粉煤燃烧器，空气喷嘴同心布置在燃料喷嘴的外周，空气喷嘴供给具有旋流的燃烧空气，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，即使在低负荷状态下，在燃烧器内也能极好地形成NO_x的还原焰区，并提高低负荷时降低NO_x效果。

本发明的另一个目的就是提供装有一个辅助燃料喷嘴例如一个油枪的粉煤燃烧器，在此燃烧器内，当进行辅助燃烧时，可以控制象煤烟之类的环境污染剂的产生。

本发明的第三个目标是提供一种粉煤燃烧方法，根据该方法，在低负荷时能通过粉煤的燃烧控制NO_x的生成量。

本发明的第四个目的就是提供一种粉煤燃烧方法，该方法使用装有一个辅助燃料喷嘴例如一个油枪的粉煤燃烧器，在此燃烧器内，当进行辅助燃烧时，可以控制象煤烟之类的环境污染剂的产生。

根据本发明的粉煤燃烧器，至少含有一个空气喷嘴，该空气喷嘴同心位于一个燃料喷嘴的外周，空气喷嘴提供燃烧空气，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，而且至少要有一个空气喷嘴装有多个旋流生成器，这些生成器能够控制平行于燃烧空气流动方向的旋流强度。

最好是在燃料喷嘴的外周，同心装配两个空气喷嘴。每个喷嘴最好在平行于燃烧空气的流动方向装有多个，优选地是二个，旋流生成器。

最好在空气喷嘴的入口装配一个空气流量调节器，以便控制喷嘴的开启角使之与负荷的变化相适应，此调节器通过控制喷嘴的开启角来控制燃烧空气的流量。

上述旋流生成器可以由整体安装在一个支撑杆上的两个调风叶片组成，支撑杆可改变角度。如果能控制支撑杆的旋转角，就能控制旋流强度。这种情况下，通过控制支撑杆的旋转角就能控制空气流量或阻止空气的流入。它有一个优点，就是不需要另外安装流量调节器。最好在两个调风叶片之间安装一隔板来堵住形成在它们之间的间隙。

根据本发明，最好装有一调节器来控制上述两个旋流生成器的旋流强度及空气喷嘴的开启角，使之与负荷指示相一致。

根据本发明，最好在燃料喷嘴的内部或外部装配一个辅助燃料喷嘴，例如一个油枪或其同类。当在燃料喷嘴外部安装油枪时，可以以大致相等的间距装配6支或8支油枪。

根据本发明，提供了一种利用粉煤燃烧器来燃烧粉煤的方法，该燃烧器有两个空气喷嘴，它们同心处于一个燃料喷嘴的外周，空气喷嘴供给具有旋流的空气，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，其中这两个同心装配的空气喷嘴中，至少有一个在平行于空气流动方向上装有两个旋流生成器，以便在满负荷时通过这两个旋流生成器，从带有这两个旋流生成器的空气喷嘴内喷出空气形成旋流；在低负载时通过降低带有这两个旋流生成器的空气喷嘴的开启角，使空气只提供给一个旋流生成器。

根据本发明，还提供了一种利用粉煤燃烧器来燃烧粉煤的方法，该燃烧器含有一个辅助燃料喷嘴，它处在一个燃料喷嘴和两个空气喷嘴的内部，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，空气喷嘴供给具有旋流的空气，空气喷嘴同心处于这个粉煤燃料喷嘴的外周。这样在低负荷不能进行粉煤燃烧时，可通过辅助燃料进行燃烧；其中在这两个同心空气喷嘴中，至少有一个喷嘴在平行于空气流动的方向上装有两个旋流生成器，以便在利用辅助燃料进行燃烧时，使这两个旋流生成器产生的旋流方向相反；在进行粉煤燃烧和进行粉煤及辅助燃料的混合燃烧时，使这两个旋流生成器产生的旋流方向相同。

根据本发明，还提供了一种通过粉煤燃烧器来燃烧粉煤的方法，该燃烧器有两个空气喷嘴，它们同心处于一个燃料喷嘴的外周，空气喷嘴供给具有旋流的空气，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，其中在这两个同心空气喷嘴中，至少有一个喷嘴在平行于空气流动的方向上装有两个旋流生成器，以便在低负荷时用不同的旋流强度旋转这两个旋流生成器。

这种情况下，如果这两个旋流生成器平行于空气流动方向，则最好是处于喷嘴外壁一边的旋流生成器的强度大于处于喷嘴内壁一边的旋流生成器的强度。

在一个粉煤燃烧锅炉中，为了能在低负荷时形成稳定的火焰及降低NO_x的浓度，重要的是提高燃烧空气的涡旋数(涡旋数是一个燃烧器供出的喷射气流的旋流速度分量与流动方向上的速度分量之比值)从而使满负荷时整个燃烧器的涡旋数接近工作条件，或者把涡旋数提高到高于满负荷时的涡旋数值。

对于这样一个粉煤燃烧器；即它使从粉煤喷嘴外周喷出的燃烧空气和输送空气成为旋流，重要的是即使在低负荷的工作条件下也要形成一个高温循环流使粉煤收集在循环流内。为了这个目的，重要的是让旋流生成器产生一种机制，即使在燃烧空气的流量低的情况下，这种机制也能提高旋流的速度。

在一个粉煤燃烧锅炉内，在低负荷不能进行粉煤燃烧而进行辅助油燃烧时，为了防止产生象煤烟和其同类的环境污染剂，重要的是降低燃烧空气的涡旋数以便加快燃料喷射流与燃烧空气在接近燃烧器处的混合。为了这个目的，当燃烧粉煤时的最低负荷转换为辅助油燃烧时的负荷时，重要的是在独立于空气流量的情况下降低旋流强度来加快喷油与燃烧空气在接近燃烧器处的混合。对于一种把煤燃烧转换为粉煤和油的混合燃烧的情况，甚至对于在一种辅助油燃烧转为油燃烧的燃烧方法中，把辅助油燃烧转换为油燃烧这种情况，道理也是一样的。

也就是说，在接近能通过粉煤燃烧器进行单种燃烧的最低负荷情况下，因为从燃烧空气喷嘴供出的空气分配比相对降低，所以重要的是把燃烧空气喷嘴的涡流数提高到多于满负荷时的涡旋数的水平。另外，当进行辅助油燃烧时，重要的是通过降低燃烧空气的流量使其具有低涡旋数来供给燃烧空气。

为了满足上述相互矛盾的要求，例如当降低粉煤—空气的混合物的速度时，从粉煤喷嘴供出的粉煤被燃烧空气旋流径向分散开。结果，火焰外部的粉煤燃烧系数增大(此外的气氛是富余燃烧空气)，而在NO_x还原区的粉煤燃烧相对降低。因而，锅炉出口处的NO_x浓度增大了。

在低空气流量进行煤燃烧的情况下，能得到为形成NO_x还原焰区和稳定的火焰所要求的旋流，方法是通过在燃烧空气喷嘴内装配许多平行于空气流动方向的旋流生成器(就是说，每个旋流生成器对应于独自的空气分流，把从这许多旋流生成器进来的空气提供为—个空气喷嘴的燃烧空气)并通过把一个旋流生成器的空气流量降为零来达到。

在粉煤燃烧器满负荷运行的情况下，旋流生成器的工作旋流强度要适于在火焰中形成NO_x还原气氛。通过此旋流把高温燃烧空气流向燃烧器，在接近燃烧器的部位形成所谓的再循环流，并使粉煤滞留在这一区域进行迅速燃烧。通过这样的燃烧条件，粉煤喷嘴内的氧气很快消耗掉，形成了NO_x还原区。

另一方面，在粉煤燃烧器低负荷运行的情况下，由于包含有把一旋流生成器内流动的空气流量降低的措施，因此可以控制流过这个旋流生成器旋转叶片的燃烧空气速度以使其等于满负荷时整个燃烧器喷嘴的涡旋数。

使各个旋流生成器对应于一个空气喷嘴就新形成了气道屏障(Passage walls)，通过把这许多旋流生成器形成的旋流只从一个空气喷嘴供给，就可减少气道屏障。由于气道屏障阻碍了空气流动，所以减少气道屏障就可避免减弱旋流并提高此空气喷嘴出口处的旋流强度。

由于旋流是用其离心力沿空气喷嘴的外壁传送空气，因此通过把许多旋流只从一个空气喷嘴供给，可以提高在粉煤喷嘴远处流动的空气流量。由于提高了在径向距离处流动的旋流系数，因此整个燃烧器喷嘴的涡旋数得到提高。因而，通过进一步加强高温再循环流就可提高粉煤的燃烧性能，此高温再循环流对燃烧是至关重要的；通过更快的形成NO_x还原区，就可促进NO_x的还原。

与日本未审专利公开号60-226609所公开的现有技术的发明一样，本发明不会造成像不稳定燃烧和增大NO_x浓度这样的问题，不稳定燃烧是由于低负荷时整个燃烧器的涡旋数下降而造成的，NO_x浓度的增大是由于形成不了NO_x还原区而造成的。对于一个燃烧器来说，如果它在空气喷嘴的进气处装有气流调节器(damper)来控制空气流量，并在气流调节器的出口处装有调风叶片来控制旋流强度，那么形成NO_x还原区是很普遍的。此外，可把旋流生成器的调风叶片的定位角调节在这样的位置，即在低负荷时也能通过空气流量形成具有最高效率的旋流。

这样就可减少控制系统的不稳定性，该不稳定性是由于旋流生成器的调风叶片角度的控制范围窄而造成的，这在上述的现有技术中经常碰到。

本发明的目的是减小火焰的不稳定性和降低在低负荷进行粉煤燃烧时NO_x的生成量，这可通过这样的方法来达到，即通过在燃烧空气喷嘴内装配大量的平行于空气流动方向的旋流生成器(就是就，每个旋流生成器对应于各自的空气分流，把从这些旋流生成器进来的空气提供为一个空气喷嘴的燃烧空气)并给出使从这些旋流生成器进来的旋流具有不同强度的方法。

举一最好的实例来说明改变旋流生成器的旋流强度，就是增大在某处的旋流生成器旋流强度，该地点到炉膛具有很短的空气流动路径，即接近空气喷嘴外壁的旋流生成器。这样可以使接近环状空气喷嘴外壁处的旋流比接近内壁处的旋流速度快。利用这种方法，当流动于空气喷嘴内的空气离开粉煤喷嘴时，其旋流方向上的速度分量得到提高。

由于此旋流的速度分布具有流体性，有最小的压力损耗，因此整个燃烧器的涡旋数高于从旋流生成器以恒定速度提供空气的情况。这样可以在接近燃烧器的部位形成更稳定的高温循环流，从而可以提高粉煤的燃烧性能，并且在从满负荷到低负荷的时间内形成稳定的NO_x还原区。

在进行辅助油燃烧的情况下，本发明的目的是控制生成象煤烟及其同类的环境污染剂。其获得方法是通过在燃烧空气喷嘴内装配多个平行于空气流动方向的旋流生成器(就是说，每个旋流生成器对应于各自的空气分流，把从这些旋流生成器进来的空气提供为一个空气喷嘴的燃烧空气)并且给出一种方法调节这两个旋流生成器的旋流方向使它们彼此相反。

在位于旋流生成器下游处的空气喷嘴内，由于供给的旋流彼此方向相反，它们消除了此处的旋流分量，旋流生成器的压力损耗同其旋流强度一起得到增大。从而，当通过使旋流方向彼此相反来控制旋流强度时，可以在只有有直流没有旋流的状态下控制燃烧空气的流量。

例如，在燃烧器通过两个空气喷嘴从风箱给炉子提供空气的情况下，当其中一个空气喷嘴的旋流生成器控制在上述状态时，它可以提供出少量具有低旋流强度的空气，而另一个空气喷嘴可以提供出比现有技术水平的量大得多的空气。在用油枪进行辅助燃烧时，通过实施上述操作，可以加快燃烧空气与油雾的混合。从而可以控制生成环境污染剂。

图1是根据本发明的一个粉煤燃烧器的剖面图。

图2是图1中所取的线II-II方向上的截面图。

图3表示用本发明实施方案的燃烧器进行燃烧时的三次空气流量，流量调节阀和调风叶片开启角的运行方法。

图4是在本发明的一个实施方案中燃烧时，NO_x的浓度及CO的浓度的特性曲线。

图5是实施方案2中燃烧器的三次空气喷嘴及旋流生成器的剖面图。

图6是实施方案2中所取的的线VI-VI方向上的截面图。

图7是本发明另一实施方案中调风叶片结构的鸟瞰图。

图8是本发明实施方案3中燃烧器的剖面图。

图9是使用实施方案3中的燃烧器时，二次空气喷嘴的二次空气流量和旋流速度分量的关系图。

图10是本发明实施方案4中燃烧器的剖面图。

图11是本发明实施方案4中调风叶片结构的鸟瞰图。

下面将描述根据本发明的粉煤燃烧器，它包括有旋流生成器。

实施方案1：

将描述图1中所示的含有旋流生成器的粉煤燃烧器。图1是粉煤燃烧器的剖面图，含有一条中轴。此实施方案中，粉煤燃烧器的组成有一个燃料喷嘴102，一个二次空气喷嘴103和一个三次空气喷嘴104，其中燃料喷嘴102安装在燃烧器的中心部位；二次空气喷嘴103同心安装于燃料喷嘴102周围，用来提供二次空气；三次空气喷嘴104装配在二次空气喷嘴103的外周，用来提供三次空气。燃料喷嘴102提供一次风和粉煤的混合气137。二次空气喷嘴103和三次空气喷嘴104是把已送进风箱101的燃烧空气提供给炉子100的通道。

燃料喷嘴102是一种管状通道，它含有一个初级喉管108作为其外壁。就该实施方案的粉煤燃烧器来说，在燃料喷嘴102的中心部位通过一支撑架106装配了一个油枪105；用来进行辅助燃烧以便预热水管111，水管111是装在炉子内壁上的。在燃料喷嘴102的进口处装有一文氏喉管107，其作用是控制由粉煤送料器(未标在图1中)送来的粉煤浓度分布。

二次空气喷嘴103是一种环状通道，它含有初级喉管108作为其内园壁和一个二次喉管109作为其外园壁。二次空气喷嘴103在从炉子100到进口处之间装有一个旋流生成器112和一个流量调节阀。

旋流生成器112供给具有旋流的二次空气138。旋流生成器112是轴流型的，它含有许多扇状叶片和一个支撑杆，扇状叶片装配在通道的园周方向，支撑杆与这些叶片整体地装配在一起。通过驱动器(未标出)改变叶片的角度，从而控制旋流生成器112的旋流强度。流量调节阀127控制第二次空气的流量。流量调节阀127具有园筒形状，它安装在能盖住进风口126的开口的位置上，进风口126连接着风箱101与二次喉管109。通过连杆128使流量调节阀127向燃烧器的中轴移动，从而改变进风口126的开口面积。利用这种操作可控制二次空气138的流量。

三次空气喷嘴104是环状通道，它含有二次喉管109作为其内园壁和三次喉管110作为其外园壁。通过旋流生成器(A)113和旋流生成器(B)114把三次空气喷嘴104与风箱101连接起来。

旋流生成器(A)113和旋流生成器(B)114安装在平行于空气流动的方向上。这样，三次空气被分开，分别供给旋流生成器(A)113和旋流生成器(B)114。三次空气139供给旋流生成器(A)113，三次空气140供给旋流生成器(B)114。

另外，在旋流生成器(B)114的入口处装有一个园筒状的流量调节阀124。通过连杆131使三次空气调节器135的指令传送给流调节阀124，使它移向燃烧器的中轴。由于这个运动改变了旋流生成器(B)114入口处的入口压力损耗，因此通过流量调节阀124就可改变流进旋流生成器(B)的三次空气140的流量。

图2所显示的是该实施方案的旋流生成器(B)的一个实例。图2是图1中所取的线II-II方向上的截面图，它显示了从风箱101一边看到的旋流生成器(B)114的结构。

旋流生成器(B)114的组成有矩形调风叶片120(每个叶片都有很薄的壁厚)，圆柱形支撑杆121(它与调风叶片120整体地装配在一起)，环形托板123(安装在支撑杆121的两端)，托板119，连杆125(用于连接调风叶片120)，及耦合装置122(用于全面同等地传递一个调风叶片120的运动)。

通过连杆129把一个支撑杆121与旋流生成器(B)的旋流强度调节器133连接起来。旋流强度调节器133通过改变连杆129的旋转角来控制调风叶片的角度，也就是控制旋流生成器(B)的旋流强度。

旋流生成器(A)113同旋流生成器(B)114的结构一样，其组成有调风叶片117，支撑杆118，耦合装置115，托板116，旋流强度调节器134，以及连杆130(用于连接耦合装置与旋流调节器134)。

控制器136发出有关二次空气流量调节器132，旋流生成器(B)的旋流强度调节器133，旋流生成器(A)的旋流强度调节器134及三次空气流量调节器135的指令来控制空气流量和旋流强度。

二次空气流量调节器132通过连杆128驱动流量调节阀127来控制二次空气的流量。

旋流强度调节器133通过连杆129驱动耦合装置122来控制旋流生成器(B)114的调风叶片的开启角θ₁。

旋流强度调节器134通过连杆130控制旋流生成器(A)113的调风叶片的开启角。

三次空气流量调节器135驱动流量调节阀124来控制三次空气140的流量。

由于在三次空气喷嘴104内部没有分开通道的壁表面，因此通过把旋流生成器(A)和(B)产生的旋流从三次空气喷嘴104供出的方法可以减小通道壁产生的流动阻力。

另外，通过增大旋流生成器(A)113的旋流强度，使它高于旋流生成器(B)114的旋流强度，可以提高旋流接近三次喉管110处三次空气喷嘴104内的旋流速度。利用这种操作，可以很快提高产生三次空气旋流的效率。

图3是使用该实施方案的燃烧器时，运转方法的一个例子。该实施方案的燃烧器使用油作为辅助燃料，在燃烧器负荷等于或小于30％时只燃烧油，而在负荷高于上述百分数时只燃烧粉煤。燃烧器中轴和支撑杆121中轴的连线与调风叶片120形成一个角θ₁，称为调风开启角。此角度越大，旋流生成器的涡旋数就越高。流量调节阀的“开路”状态就是流量调节阀124向炉子移动，给旋流生成器(A)113提供更多的三次空气。三次空气流量就是供给旋流生成器(A)113和(B)114的空气的流量。

使用辅助油燃烧时，在油量供给不足的情况下，该实施方案的燃烧器调整旋流生成器(A)的开启角150使其置于+70°，调整旋流生成器(B)的开启角使其置于-70°，调整流量调节阀的开启角152使其置于开路状态。利用这种操作，可以使流入旋流生成器(A)113的三次空气与流入旋流生成器(B)114的三次空气旋流方向彼此相反。这样可以使三次空气喷嘴104的涡旋数近似等于零，使供出的三次空气为一直流。而且，由于旋流生成器(A)与(B)的调风开启角值很大，因此增大了流过这些旋流生成器时的压力损耗。这样可使二次空气喷嘴103供给风扇101更多的具有低压力损耗的燃烧空气。

随着辅助燃烧油的油量增加，降低旋流生成器(B)的开启角151使其接近于零，同时保持流量调节阀的开启角度不变。这样由于减弱了旋流生成器(B)产生的旋流，从而增大了三次空气喷嘴104的涡旋数，并使三次空气逐渐变为一个旋流。而且由于减小旋流生成器(B)的压力损耗，因此增大了三次空气流量153。

燃烧器负荷是煤燃烧的条件，当它等于30％时，关闭流量调节阀152，使旋流生成器(B)的开启角等于旋流生成器(A)的开启角。随着燃烧器负荷的增加，向开通方向操作流量调节阀的开口角152，可以供给与油量增加相一致的空气。

图4是当象图3所示那样操作燃烧器时，NO_x与CO的浓度。曲线160是使用只含一个旋流生成器的传统燃烧器进行燃烧时NO_x的浓度曲线，曲线161是使用该实施方案的燃烧器进行燃烧时NO_x的浓度曲线。曲线162是使用传统燃烧器时CO的浓度曲线，曲线163是使用该实施方案的燃烧器时CO的浓度曲线。

该实施方案中，在进行辅助燃烧的情况下，可供给二次空气喷嘴103更多的燃烧空气，此外，三次空气近乎为一直流。这样可以比以前燃烧时更容易使油雾与燃烧空气混合在接近燃烧器的部位。从而可以防止产生因空气不足燃烧而造成的CO。

由于三次空气与油雾的混合变得比以前更缓慢，因此通过突然混合燃烧空气并不能增大NO_x的浓度。

当本实施方案进行粉煤燃烧，燃烧器负荷在30～50％时，流量调节阀124可以供给旋流生成器(A)113更多的三次空气。这样流进旋流生成器(A)113的空气速度比以前更快。从而增大了三次空气的旋流速度分量。这样整个燃烧器的涡旋数比以前更高。从而在接近燃烧器的部位形成了一个很大的高温再循环流，并迅速提高了粉煤的燃烧性能。由于粉煤变得更易燃烧，因此更容易在接近燃烧器的部位形成NO_x还原气氛，NO_x的浓度变得比以前更低。

实施方案2

下面将叙述实施方案2。图5是根据该实施方案的三次空气的旋流生成器的剖面图。图6是此旋流生成器的侧视图。旋流生成器(A)和(B)具有彼此很相似的结构。除了三次空气的旋流生成器的结构有变化外，实施方案2的燃烧器同实施方案1的燃烧器结构相同。

实施方案2的旋流生成器的组成有园柱形支撑杆121，调风叶片120a和120b(与支撑杆121整体装配在一起)，耦合装置122(其作用是通过连杆125使许多支撑杆121具有相同的旋转角度)，托板116，托板119及托板123。支撑杆121穿过形成于托板116，119及123内的孔。调风叶片120a位于托板116与托板119之间，调风叶片120b位于托板119与托板123之间。这种托板的布置可以防止三次空气从两个调风叶片120a和120b之间的间隙泄漏。

调风叶片120a和120b是以不同的角度安装在支撑杆121上，也就是说，使连接燃烧器轴和支撑杆121中轴的虚线与调风叶片120a、调风叶片120b的夹角分别置于θ₁、θ₂。就实施方案2而说，θ₂角比θ3角大15°，因而调风叶片120a可以提供具有更强旋流的空气。

两个调风叶片的角度差能产生下述两个效果。

第一个效果就是增大了在三次空气喷嘴104处产生旋流的效率。由于空气被旋流的离心力紧压在外园周方向上，因此当空气接近三次喉管110时，可以增大它在三次空气喷嘴104处的旋流速度分量(三次喉管110是喷嘴的外园壁)。另一方面，由调风叶片120a供给的空气主要流动于三次喉管110附近，由调风叶片120b供给的空气流动于二次喉管109附近。

至于这两个调风叶片的装配方面，由于其位置关系对应于三次空气喷嘴104的速度分布，因此根据这一点，可以曾大一个调风叶片的θ₂角(此调风叶片提供三次空气喷嘴104外园部位的空气)，并可减小另一个调风叶片的θ₃角(此调风叶片提供三次空气喷嘴104内园部位的空气)。这样在三次空气喷嘴104处可以消除由于对旋流的干扰而产生的压力损耗，并且可以在不干扰旋流的状态下把调风叶片供来的旋流提供给炉子100。

第二个效果就是在燃烧器低负荷时，通过加强三次空气的旋流可以获得粉煤的充分燃烧，以便在火焰内形成稳定的NO_x还原区，用来降低NO_x的浓度。由于θ₂角大于θ₃角，如果连杆129通过耦合装置122旋转支撑杆121，就可使调风叶片120a比调风叶片120b早一点完全关闭，并使三次空气从调风叶片120b一边供出。这样就使流过调风叶片的空气速度大于把三次空气的旋流生成器的调风叶片成行排列的情况，并可提高旋流速度。

如果增大三次空气的旋流速度，就可增大整个燃烧器的涡旋数，从而在接近燃烧器的部位燃烧空气能形成更稳定的高温再循环流。该燃烧空气高温再循环流与一个粉煤喷嘴接触以便使粉煤快速燃烧。这样就能稳定接近燃烧器部位的粉煤火焰。另一方面，具有高涡旋数的三次空气不会在接近燃烧器的部位与粉煤混合。

通过加快燃烧器附近的燃烧和控制空气与燃料的混合，可使粉煤在空气不足条件下进行燃烧，从而在火焰内可以形成NO_x还原区。在NO_x还原区内，燃烧的中间相中逐渐形成了像氨、氰和烃一类的气体以还原NO_x。

当调风叶片120a完全关闭时，调风叶片120b处的压力损耗小于调风叶片120a、托板116和托板119中的压力损耗。大部分三次空气从调风叶片120b的方向流动。因此在调风叶片几乎全关的状态下降低涡旋数是不困难的，而在传统燃烧器中由于调风叶片成行排列，所以要达到此目的经常遇到困难。

图7是实施方案2的调风叶片的改进型。图7说明了两组调风叶片，除了这部分以外，调风叶片的结构与图5所示的旋流生成器的调风叶片结构相同。调风叶片的组成有支撑杆121，调风叶片120a和120b(与支撑杆整体装配在一起)及一个隔板172(用来把调风叶片120a和120b接触处的端面相互连接起来)。用实施方案2所述的同样方法把调风叶片120a和120b以不同的角度装配。调整调风叶片120a的旋流强度使其大于调风叶片120b的旋流强度。

当调风叶片120a完全关闭并只从调风叶片120b喷出空气时，隔板172消除了形成在燃烧器轴线方向上的间隙。这样隔板172所起的作用与图5所示的托板119的作用相同。

实施方案3

下面将叙述实施方案3。图8是一个粉煤燃烧器的剖面图，它含有一个中轴。

本实施方案的粉煤燃烧器的组成有燃料喷嘴102(装配在燃烧器中部)，二次空气喷嘴103(同心装配在燃料喷嘴102周围)，三次空气喷嘴104(装配在二级空气喷嘴的外周)。燃料喷嘴102提供一次空气和粉煤的混合气137。二次空气喷嘴103和三次空气喷嘴104是用来把从风箱101供来的燃烧空气供给炉子100的通道。

燃料喷嘴102是一种管状通道，含有一个一次喉管108作为其外壁。越朝向炉子100，一次喉管108的管道直径越小。

二次空气喷嘴103是一种环状通道，含有一次喉管108作为其内园壁和一个二次喉管109作为其外园壁。二次喉管109的端面位于炉子的侧面，此端面比一次喉管108的端面离炉子近。二次空气喷嘴103在从炉子100到进口之间装有两个平行于二次空气流动方向的旋流生成器205和206，在这两个旋流生成器的进口处还装有一个旋流生成器204。两个旋流生成器205和206都含有调风叶片，供给具有旋流的二次空气。旋流生成器205和206的任何一个都具有独自控制其旋流强度的功能。调节旋流生成器205产生的旋流强度，使其大于旋流生成器206产生的旋流强度。另外，在二次空气流量低的情况下，旋流生成器205处于完全关闭的状态，二次空气只从旋流生成器206供给。

三次空气喷嘴104是环状通道，它含有二次喉管109作为其内园壁和三次喉管110作为其外园壁。三次空气喷嘴104在其进口装有旋流生成器204和一个可动套管201，并与风箱101相连接。此外，在旋流生成器204的进风口装配有园筒状流量调节阀124。旋流生成器204内含有调风叶片。流过旋流生成器204的一部分空气被装在二次喉管109进口处的板片207分成两路，一种从三次喉管104喷出作为三次空气，另一路从二次喉管103喷出穿过旋流生成器204和205作为二次空气。流量调节阀124的组成有园筒状可动套管201，调节器202(用于把可动套管201移向燃烧器轴)，及一个支撑杆203(用在确定调节器202的位置)。

操作可动套管201使它能精确平衡燃烧器之间的空气量。旋流生成器204控制三次空气在轴线方向上和在旋流方向上的速度。三次空气的旋流产生了一个外部再循环流，此外部再循环流是一一种反向流，用来在接近炉子100的燃烧器的部位把高温燃烧空气供给燃烧器。

通过操作可动套管201，可使流入进风口的一部分空气流向二次空气喷嘴103，利用旋流生成器205和206便可控制喷嘴在轴线方向上及旋流方向上的速度。二次空气的旋流形成了一个内部再循环流，它是一种反向流，位于延伸到炉子的二次喉管109的内部。该内部再循环流能使燃料喷嘴供给的粉煤稳定燃烧。增大二次空气喷嘴103的旋流强度，该内部再循环流越稳定，粉煤的火焰稳定性就越高。

图9是当二次空气在旋流生成器的调风叶片入口处的静压保持不变时，二次空气喷嘴103的二次空气流量与其空气速度旋流分量之间的关系。

曲线221说明了本发明的实施方案的情况。根据该曲线，在空气流量很大的情况下，可以使旋流生成器205的旋流强度大于旋流生成器206的旋流强度。从而，与只有一个旋流生成器的传统二次空气喷嘴相比，在二次空气流量相同的条件下，能够提高二次空气喷嘴的空气速度的旋流分量。曲线220说明了原有方法时的情况。此外，在二次空气流量低的情况下，通过把旋流生成器205和206中的一个完全关闭，就可使二次空气只从另一个旋流生成器通过。从而可以增大二次空气喷嘴的旋流速度分量。

这样，在任何空气流量时都能比以往提高二次空气的旋流强度，稳定上述内部再循环流并增大粉煤的输送量和滞留时间，从而迅速提高粉煤的燃烧性能并提高粉煤燃烧器的火焰稳定性。

因此，由于是把空气配给三次空气喷嘴来保持粉煤火焰，因此不会产生二次空气喷嘴导致燃烧的问题。

实施方案4

下面将叙述第四个实施方案。图10是一个粉煤燃烧器的剖面图，它含有一个中轴。

本实施方案的粉煤燃烧器的组成有燃料喷嘴102(装配在燃烧器中部)，二次空气喷嘴103(同心装配在燃料喷嘴102附近)，以及三次空气喷嘴104(装置在二次空气喷嘴103的外周)。燃料喷嘴102提供一次空气和粉煤的混合气137。二次空气喷嘴103和三次空气喷嘴104是用来把从风箱101供来的燃烧空气供给炉子100的通道。

燃料喷嘴102是管状通道，它含有一次喉管108作为其外壁。有一个火焰稳定器装配在一次喉管108侧面的炉子的端面上。火焰稳定器的横截面是L形的，含有一个轴。火焰稳定器251的一个端面从一次喉管108的内园表面伸到通道内部，火焰稳定器251的另一个端面伸到二次空气喷嘴103内部。

二次空气喷嘴103是一种环状通道，含有一次喉管108作为其内园壁和一个二次喉管109作为其外园壁。二次空气喷嘴103的出口与炉子100相连。二次空气喷嘴103装配有旋流生成器112。旋流生成器112含有许多装配在园周方向的半园形调风叶片，通过连接园弧与对着该弧的直线来限定每个半园叶片的轮廓。在调风叶片园弧的中心部位有一支撑杆，用来旋转调风叶片。根据调节器136的指令确定调风叶片的角度，此调节器136的中心为上述支撑杆。流量调节阀127改变流过二次空气喷嘴103和三次空气喷嘴104的空气流量，其方法是通过降低进口的横截面面积来控制压力损耗，从而改变空气流量。

三次空气喷嘴104是一种环状通道，它含有二次喉管109作为其内园壁和三次喉管110作为其外园壁。三次空气喷嘴104的出口与炉子100相连。在三次空气喷嘴104内部装有导向套管252，旋流生成器(A)113，旋流生成器(B)114，以及固定叶片250。导向套管252的进口端与二次喉管109在炉子一侧的端面相连，另一端面对着炉子100。导向套管252的直径从炉子那端到进口那端越来越小，套管的作用是径向喷出三次空气以便控制粉煤燃烧器附近一次空气与三次空气的混合。

图11显示了调风叶片的结构，它含有旋流生成器(A)和(B)。调风叶片的组成有半月状旋流生成器(A)113，矩形旋流生成器(B)114，隔板172(用于把旋流生成器(A)和(B)的一端相互连接起来)，以及支撑杆121(其中之一与旋流生成器(A)113的园弧相连)。旋流生成器(B)114的装配位置使它与连接支撑杆121的旋流生成器(A)113形成一角度。

通过调节器136控制旋流生成器112，旋流生成器(A)和(B)，以及流量调节阀127。这样就使它们的位置成为预定值。

调节旋流成器(A)113与燃烧器中轴形成的角度，使其大于由旋流生成器(B)114形成的角。这表明，与旋流生成器(B)114的旋流速度分量相比，能提高旋流生成器(A)113的相应值。三次空气喷嘴的旋流分量随着它接近三次喉110而逐渐增加。因此在三次空气喷嘴104内部没有衰减旋流的干扰。

因此当对次级空气外加同样的压力损耗时，其涡旋数比以往迅速提高。这样，由于能进一步控制燃烧器附近燃烧空气与粉煤射流的混合，因此就可稳定火焰内的NO_x还原区以获得低NO_x的燃烧。

当在低负荷的情况下操作粉煤燃烧器时，通过完全关闭旋流生成器(B)114的旋转叶片，就可使三次空气主要从旋流生成器(A)113供给。这样，可以提高三次空气在低负荷时的涡旋数，并使粉煤燃烧所需要的高温燃烧空气接近燃烧器。由于高温燃烧空气使粉煤起燃，因此迅速提高了低负荷情况下的火焰稳定性。这样，即使在传统燃烧器需要辅助油燃烧的负荷区域，也能达到粉煤燃烧，因此可以降低燃油用量。

另外，由于能够提高低负荷时三次空气的旋流强度，因此同传统方法相比，可以控制粉煤与燃烧空气在燃烧器附近混合，并且通过在火焰内形成NO_x还原区，能够减小NO_x的浓度。

根据本发明，提供了一种能够在所有运行负荷范围内减小NO_x浓度的粉煤燃烧器。并且能够控制辅助油燃烧时所生成的象煤烟及其同类的环境污染剂。

另外，通过在粉煤发电设施内安装本发明的粉煤燃烧器，可以减小发电设施内安装的NO_x清除器中的氨用量。

Claims (22)

1.一种粉煤燃烧器，它包括至少一个空气喷嘴，该空气喷嘴同心位于一个燃料喷嘴的外周，空气喷嘴提供燃烧空气，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，其中所说的至少一个空气喷嘴中，至少要有一个空气喷嘴装有许多旋流生成器，这些旋流生成器能够控制平行于燃烧空气流动方向的旋流强度。

2.根据权利要求1的粉煤燃烧器，其中旋流生成器具有旋转叶片，通过控制旋转叶片的角度，调节旋流强度。

3.根据权利要求1或2的粉煤燃烧器，它还包括空气流量调节器，此调节器通过控制所说的空气喷嘴的开启角来控制燃烧空气的流量。

4.根据权利要求1或2的粉煤燃烧器，其中在所说的平行于燃烧空气流动的空气喷嘴内部，装有两个旋流生成器以使旋流反向。

5.根据权利要求1的粉煤燃烧器，其中，所述旋流生成器的两个调风叶片与支撑杆随着角度的改变而整体装配在一起，并且能控制支撑杆的旋转角度，使所说的两个调风叶片平行于燃烧空气的流动方向。

6.根据权利要求5的粉煤燃烧器，它还包括一个隔板用于堵住装配在所说的支撑杆上的两个调风叶片之间的间隙。

7.根据权利要求1的粉煤燃烧器，其中，作为所述空气喷嘴，包括一个二次空气喷嘴和一个三次空气喷嘴，至少有一个空气喷嘴与燃烧空气流动方向平行地具有2个所述的旋流生成器，并且具有通过控制所说的二次空气喷嘴的开启角而调节空气流量的二次空气流量调节器及通过控制所说的三次空气喷嘴的的开启角而调节空气流量的三次空气流量调节器。

8.根据权利要求7的粉煤燃烧器，它还包括控制器，该控制器根据负荷指示来控制所说的两个旋流生成器的旋流强度并控制所说的二次空气喷嘴及所说的三次空气喷嘴的开启角。

9.根据权利要求7的粉煤燃烧器，其中在所说的三次空气喷嘴内装配有两个旋流生成器，这两个旋流生成器与三次燃烧空气的流动方向平行，以及控制器，它根据负荷指示控制所说的二次空气流量调节器及所说的三次空气流量调节器的开启角，并控制所说的装配在三次空气喷嘴内的两个旋流生成器的旋流强度。

10.根据权利要求1的粉煤燃烧器，其中，在所述燃料喷嘴的外周设有一个环形墙和一个环形隔墙，环形墙用于装空气，环形隔墙装配在所说的环形墙的内部，所述环形隔墙的内侧成为二次空气喷嘴，外侧成为三次空气喷嘴，所说的环形墙内在所说的环形隔墙以上部位也装有旋流生成器，在二次空气喷嘴内装有两个旋流生成器，这两个旋流生成器与燃烧用二次空气流动方向平行。

11.根据权利要求7的粉煤燃烧器，其中，在所述二次空气喷嘴与所述三次空气喷嘴中各装有旋流生成器，在所述三次空气喷嘴内的旋流生成器的下方装有能够调节旋流强度的2个所述的旋流生成器，这2个旋流生成器与燃烧用三次空气的流动方向平行。

12.根据权利要求1的粉煤燃烧器，其中，在所述燃料喷嘴的外周设有一个环形墙和一个环形隔墙，环形墙用于装空气，环形隔墙装配在所说的环形墙的内部，所述环形隔墙的内侧成为二次空气喷嘴，外侧成为三次空气喷嘴，所说的环形墙内在所说的环形隔墙以上部位也装有旋流生成器，在二次空气喷嘴内装有两个旋流生成器，这两个旋流生成器与燃烧用二次空气流动方向平行。

13.根据权利要求12的粉煤燃烧器，其中所说的装配在平行所述三次空气流动方向上的两个旋流生成器是由带有两个调风叶片的旋流生成器构成，这两个调风叶片与一个支撑杆整体装配在一起，以便能控制所说的支撑杆的旋转角度。

14.根据权利要求13的粉煤燃烧器，它还包括一个隔板，用来堵住装配在所说的支撑杆上的两个调风叶片之间的间隙。

15.根据权利要求1到14的任一项的粉煤燃烧器，其中在所说的燃料喷嘴内装配有一个油枪。

16.一种通过带有两个空气喷嘴的粉煤燃烧器进行粉煤燃烧的方法，这两个空气喷嘴提供具有旋流的空气，它们同心位于一个燃料喷嘴的外周，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，其中在所说的两个同心装配的空气喷嘴中至少有一个喷嘴装配有两个平行于空气流动方向的旋流生成器，以便在低负荷时通过减小具有所说的两个旋流生成器的空气喷嘴的开启角，使空气只供给一个旋流生成器。

17.根据权利要求16的燃烧方法，其中，在满负荷时通过用所说的两个旋流生成器各自形成旋流。

18.一种通过带有两个空气喷嘴的粉煤燃烧器进行粉煤燃烧的方法，这两个空气喷嘴提供具有旋流的空气，它们同心装配在一个燃料喷嘴的外周，燃料喷嘴通过气流输送粉煤，其中在所说的两个同心装配的空气喷嘴中，至少有一个喷嘴装配有两个平行于空气流动方向的旋流生成器，以使在低负荷时调节两个旋流生成器达到不同的旋流强度。

19.根据权利要求18的燃烧方法，其中所说的两个装配在平行于空气流动方向的旋流生成器中，位于外壁一边的旋流生成器的强度大于位于内壁一边的旋流生成器的强度。

20.根据权利要求18的燃烧方法，其特征在于，辅助燃料喷嘴位于所述燃料喷嘴的内部，在低负荷不能进行粉煤燃烧时，利用辅助燃料进行燃烧，在利用辅助燃料进行燃烧时，使所说的两个旋流生成器的旋流方向彼此相反。

21.根据权利要求18的燃烧方法，其中，辅助燃料喷嘴位于所述燃料喷嘴的内部，在低负荷不能进行粉煤燃烧时，利用辅助燃料进行燃烧，在利用粉煤进行燃烧和利用粉煤及辅助燃料进行混合燃料燃烧时，使所说的两个旋流生成器的旋流方向相同。

22.根据权利要求18的燃烧方法，其中，辅助燃料喷嘴位于所述燃料喷嘴的内部，在低负荷不能进行粉煤燃烧时，利用辅助燃料进行燃烧，在利用辅助燃料进行燃烧时，使所说的两个旋流生成器的旋流方向彼此相反；在利用粉煤进行燃烧和利用粉煤及辅助燃料进行混合燃料燃烧时，使所说的两个旋流生成器的旋流方向相同。

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